高良涧GFRP桁架桥结构设计分析

刘成才　章世祥　李西芝

摘 要：文章基于国内外相关设计规范及要求，结合国内最大GFRP复合材料桁架桥项目实施过程，对其分析计算进行总结，希望推进此类桥梁进一步应用。

关键词：纤维复合材料；GFRP；桁架桥；设计

淮安高良涧闸区桥主桥为36.44m（GFRP）复合材料桁架桥，设计荷载：人群3.5kN/m2或6t小汽车，为国内最大跨径全GFRP复合材料桁架桥。本文介绍主桁架总体及桥面受力分析过程。

1 模态驗算

参考美国《FRP人行桥设计规范》（AASHTO-2008）和《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-1995）规定：为避免共振，减少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于3HZ。

由上图1可以看出，依托工程GFRP桁架桥竖向振动基频为4.5668HZ>3HZ，满足规范要求。

2 挠度验算

拟定桁架桥的结构挠度要求为：桥梁在活载作用下（汽车荷载或人群荷载）竖向挠度不超过桥梁跨径的1/500。

由上图2可以看出，依托工程GFRP桁架桥在汽车荷载作用下竖向挠度为7.554mm

3 强度验算

桁架桥结构构件的强度验算采用应力验算方式，材料强度安全系数取值参考英国规范规定：承载能力极限状态中安全系数，持续荷载下取4.5，自动化生产拉挤成型时系数乘以1.1，即材料强度安全系数为4.95。

3.1 上弦杆强度验算

由图3可知上弦杆的最大拉伸正应力为20.89MPa，最大压缩正应力为38.34MPa，小于GFRP材料强度，上弦杆强度满足要求。

3.2 下弦杆强度验算

由图4可知下弦杆的最大拉伸正应力为30.60MPa，最大压缩正应力为39.66MPa，小于GFRP材料强度，下弦杆强度满足要求，需注意的是，最大压力出现在支座位置，此处易出现应力集中现象，需采取必要措施。

3.3 上平纵联强度验算

上平纵联的最大拉伸正应力为3.46MPa，最大压缩正应力为7.26MPa，小于GFRP材料强度，上平纵联强度满足要求。

3.4 下平纵联强度验算

下平纵联的最大拉伸正应力为11.70MPa，最大压缩正应力为4.46MPa，小于GFRP材料强度，下平纵联强度满足要求。

3.5 腹杆强度验算

腹杆的最大拉伸正应力为31.56MPa，最大压缩正应力为34.25MPa，小于GFRP材料强度，腹杆强度满足要求。

4 桥面板分析

4.1 模型简介

桥面板作为主要承载构件，其受力性能较为重要，分析时考虑人群及车载两种工况，其中车载是控制工况，按实际的桥面铺层结果，建立分层板单元模型，分别进行强度及位移验算。

4.2 桥面板挠度验算（见图5、图6）

4.3 桥面板强度验算（见图7）

4.4 桥面板实载试验

由图5可知桥面板最大局部变形为0.323mm，挠跨比为1/3095，满足设计要求。

由图6～7可知桥面板按Tsai-Wu张量准则及最大应力准则进行了强度验算，数值都小于1，桥面板强度满足设计要求；根据图8桥面板实载测试，桥面板在试验后没有出现局部损坏开裂现象。

5 结束语

本文基于国内外相关设计规范及要求，分析了GFRP桁架桥设计理论、要求，提出依托工程GFRP桁架桥设计控制指标；分析GFRP桁架桥设计方面的基本理论，为数值模拟打下基础；根据设计方面的研究成果，完成依托工程桥梁分析计算工作，为依托工程顺利实施提供技术支撑。

参考文献

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作者简介：刘成才（1978-），男，汉族，高工，博士，主要从事桥梁设计及养护研究。